Laser Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-06-30
Funding (in million HUF)
5.703
FTE (full time equivalent)
2.60
state
closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázat tárgya síkbeli elrendeződésű (2D), erősen kölcsönható sokrészecske rendszerek vizsgálata. Kísérletileg „poros“ plazmában, elméletileg pedig molekuladinamikai és klasszikus Metropolis Monte Carlo szimulációk során tanulmányozom a rendszer termodinamikai, szerkezeti és kollektív (hullámdiszperziós) tulajdonságait. Poros plazmában (ahol az elektromosan töltött mikrométer méretű porszemcsék síkba rendeződve lebegnek) egyedülálló lehetőség van arra, hogy modern képrögzítő és feldolgozó módszerekkel egyszerre több ezer kölcsönható részecske helyét és sebességét kellő időfelbontással rögzíthessük. Az így kapott teljes mechanikai információ szolgál alapjául a mérést követő, statisztikus fizika ismert törvényein alapuló elemzésnek. A kutatás során különös hangsúlyt kap a szilárd-folyékony (kristályszerűen rendezett – folyadékszerűen rendezetlen) fázisátalakulás, amely két-dimenziós rendszerekben évtizedek óta ellentmondásos területe a fizikának. Ehhez mind kísérletileg, mind a számítógépes szimulációk során egyensúlyi rendszerekben vizsgálok számos mennyiséget (pl. belső energiát, kötésszög rendparamétert, stb.) amelyek változása a rendszer hőmérsékletének (ill. Coulomb csatolási paraméterének) függvényében betekintést engednek a fázisátalakulás részleteibe. A tervezett munka az említett fizikai rendszerek alapjelenségeinek megértését célozza, kiegyensúlyozott arányban tervezi a kísérleti és a numerikus szimuláció által nyújtott lehetőségek kihasználását. Az eredményeket nemzetközi folyóirat cikkekben és tudományos konferenciákon fogom ismertetni. A megépült kísérelti elrendezésre alapozva emelt szintű hallgatói laborgyakorlat indítását tervezem.
Summary
The planned basics research focuses on the investigation of strongly interacting two-dimensional many-body systems. Experimentally this will be realized in a “dusty plasma” setup, while theoretically through the application of molecular dynamics and classical Metropolis Monte Carlo methods to study thermodynamic, structural and collective (wave-dispersion) properties. In dusty plasma experiments (where the electrically charged micron sized particles levitate in a plane) together with modern image capture and processing techniques we have the possibility to record position and velocity of a few thousand particles with sufficient time resolution. The full mechanical information of the system obtained this way is the basis of the analysis based on the solid foundations of classical statistical mechanics. In the proposed research the issue of the solid-liquid phase transition (between crystal-like ordered and liquid-like disordered phases) is specially emphasized, which has been, for some time, a matter of intense controversy. For this I plan to perform measurements of a large set of parameters (internal energy, bond-order parameter, etc.) on equilibrium ensembles in both experiment and computer simulations. The temperature (or Coulomb coupling parameter) dependence of these quantities will give us deeper insight into the details of the melting transition. The primary aim of our work is to understand the basic physical phenomena taking place in the above mentioned systems through utilizing the possibilities of both experiments and numerical simulations. The research results will be communicated in international scientific journals and at conferences. The experimental setup will be accessible to undergraduate students in form of an advanced laboratory practice offered at universities in Budapest.
